超声波流量计工作原理概述

工作原理封闭管道用USF按测量原理分类有：①传播时间法；②多普勒效应法；③波束偏移法；④相关法；⑤噪声法。本文将争论用得最多的传播时间法和多普勒效应法的仪表。传播时间法声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速，称之传播时间法。按测量具体参数不同，分为时差法、相位差法和频差法。多普勒〔效应〕法多普勒〔效应〕法USF是利用在静止〔固定〕点检测从移动源放射声波多产生多普勒频移现象。〔1〕流速方程式发送器向流体发的超声信号,假设流体中有固体颗粒或气泡存在,则会产生散射.当测量管道内的流体流淌时,散射出来的声波信号的频率和放射声波频率是不一样的,即会产生多普勒频移,频移量和流体的流速成正比.如下图，超声换能器A向流体发出频率为fA的连续超声波，经照耀域内液体中散射体悬浮颗粒或气泡散射，散射的超声波产生多普勒频移fd，接收换能器BfB依据超声波流量计使用场合不同，可以分为固定式超声波流量计和便携式超声波流量计适用的场合不同式超声波流量计具有很大的机动性，主要用于对不同管道的流体流量作临时性测量。供电方式不同固定式超声波流量计要求长期连续运行，所以要使用220V沟通电源，便携式超声波流量计既可以使用现场的沟通电源，也备有内置充电电池，可以连续工作5～10h［小时］，大大便利了不同场合临时性流量测量的需要。局部功能不同因定式超声波流量计，通常都有4-20mA信号输出等功能，供远传显示使用，但其内部只能存贮一条管道的换能器供电方式不同可以分为外贴式、插入式、管段式三种超声波流量计。外贴式贴即用，它充分表达了超声波流量计安装简洁、使用便利的特点。管段式某些管道因材质疏、导声不良，或者锈蚀严峻，衬里和管道内空间有间隙等缘由，导致超声波信号衰减严峻，用外贴式超声波流量计无法正常测量，所以产生了管段式超声波流量计。器。插入式插入式超声波流量计介于上述二者中间。在安装上可以不断流，利用特地工具在有水的管道上打孔，把换所以其测量不受管质和管衬材料限制。超声波流量计的选型多谱勒式超声波流量计的工厂过程液等。要留意它对被测介质要求比较苛刻，即不能是干净水，同时杂技含量要相对稳定，才可以正常便携式超声波流量计适用于临时性测量，主要用于校对管道上已安装其它流量仪表的运行状态，进展一个区域内的流体平衡测试，检查管道的当时流量状况等。假设不作固定安装，而用于这些用途时，选用便携式超声波流量计既便利又经济。时差式超声波流量计10g/L，粒径小于1mm)的均匀流体，如污水等介质的流量，而且精度可达±1.5%。实际应用说明，选用时差式超声波流量计，对相应流体的测量都可以到达满足的效果。管道式超声波流量计精度最高，可到达±0.5%，而且不受管道材质、衬里的限制，适用于流量测量精度要求高的场合。但随着管径的增大，本钱也会随增加，通常状况下，选用中小口径的管段式超声波流量计，较为经济。固定式超声波流量计的影响，测量稳定性更高，也大大减小了维护工作量。而且，由于插入式换能器也可以不断流安装，所以其应用正在不断推广。超声波流量计的应用正确选择具体选型原则，前面已做了具体的介绍。合理安装换能器安装不合理是超声波流量计不能正常工作的主要缘由。安装换能器需要考虑位置确实定和方式的选择两个问题。确定位置时除保证足够的上、下游直管段外，尤其要留意换能器尽量避开有变频调速嚣、电焊机等污染电源的场合。在安装方式上，主要有对贴安装方式和VZ3。多谱勒式超声波流量计承受对V方式和Z300mmV200mmZVZ说明，Z准时核校对于现场安装固定式超声波流量计数量大、范围广的用户，可以配备一台同类型的便携式超声波流量计，用于核校现场仪表的状况。一是坚持一装一校，即对每一台装超声波流量计在安装调试时进展核校，确保选位好、安装好、测量准；二是对在线运行的超声波流量计发生流量突变时，要利用便携式超声波流量计进展准时核校，查清流量突变的缘由，弄清楚是仪表发生故障还是流量确实发生了变化.定期维护无潜在漏水，只需定期检查换能器是否松动，与管道之间的粘合剂是否良好即可；插入式超声波流量计，要定期行。故障排解超声波流量计常见的故障缘由及排解故障的方法如表：1故障分析表故障现象 故障缘由 排解方法无信号信号强度不够瞬时流量稳定，0但比实际值偏大瞬时流量波动大

换能器与主机之间联线断开消灭的电源污染换能器位置移动换能器声楔消灭故障流体受到干扰，流态不稳

重连接净化电源重调整换能嚣位置更换换能器更换换能器位置瞬时与累计流量不全都

主机阻尼系数设置太小增大阴尼系数主机消灭故障 更换主机6优缺点和局限性6优缺点和局限性优点USF可作非接触测量。夹装式换能器USF可无需停流截管安装，只要在既设管道外部安装换能器即可。这是USF在工业用流量仪表中具有的独特优点，因此可作移动性〔即非定点固定安装〕测量，适用于管网流淌状况评估测定USF般不需作实流校验。USF适用于大型圆形管道和矩形管道，且原理上不受管径限制，其造价根本上与管径无关。对于大型管道不仅带来便利，可认为在无法实现实流校验的状况下是优先考虑的选择方案。多普勒USF可测量固相含量较多或含有气泡的液体。USF因易于实行与测试方法〔如流速计的速度-面积法，示踪法等〕相结合，可解决一些特别测量问题，如速度分布严峻畸变测量，非圆截面管道测量等。某些传播时间法USF品上岸，可核查所测量的是油品还是仓底水。缺点和局限性传播时间法USF只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡超过某一范围的液体；反之多普勒法USF只能用于测量含有肯定异相的液体。外夹装换能器的USF不能用于衬里或结垢太厚的管道，以及不能用于衬里〔或锈层〕与内管壁剥离〔假设夹层夹有气体会严峻衰减超声信号〕或锈蚀严峻〔转变超声传播路径〕的管道。多普勒法USF多数状况下测量精度不高。国内生产现有品种不能用于管径小于DN25mm的管道。77组成USF主要由安装在测量管道上的超声换能器〔或由换能器和测量管组成的超声流量传感器〕和转换器组成。转换7体用传播时间法单声道ZUSF.分类可以从不同角度对超声流量测量方法和换能器〔或传感器〕进展分类。按测量原理分类封闭管道用USF52按被测介质分类有气体用和液体用两类。传播时间法USF两种介质各自专用，因换能器工作频率各异，通常气体在100~300kHz1~5MHz按换能器安装方式分类有、可移动安装固定安装声道设置和直管段要求多普勒法USFUSF夹装式则也有用双声道者，带测量管段式有单声道和双声道以上。〔1〕传播时间法传播时间法承受多少声道的主要依据是测量准确度要求和安装仪表管段流淌状〔取决于上游阻流件组成和直管段条件〕，以及管径大小。例如BS74050.5m343m8横截面投影圆的直径上，其系数即如图10.2所示。也右声道设置在弦的位置上。流淌速度分布畸变和存在径向速度重量〔如涡流、二次流〕则会转变该系数值，弦位置的影响比直径位置的影响小。多声道测量多路径线平均流速，更削减流淌畸变影响，提高测量精度。确定声道数有的可按仪表样本标准选择〔如管段式USF，除单声道外较多承受双声道计量声道以上〕，有的则向仪表制造场联系磋商〔如现场安装式USF3-8〕。流淌调整器。安装布置方面的考虑安装位置和流淌方向USF的流量传感局部〔超声流量传感器或超声换能器〕一般均可安装于水平、倾斜或垂直管道。垂直管道最好选择自下而上流淌的场所，假设为自上而下，则其下游应有足够的背压，例如有高于测量点的后续管道，以防止测量点消灭非满管流。单向流还是双向流通常为单向流，但也可通过较简单电子线路，设计成双向流淌，此时流量测量点两侧直管段长度均应按上游直管段的要求布置。管道条件外夹装式USF外外表因易于处理较少影响。夹装式换能器和管道接触外表要涂上耦合剂。应留意粒状构造材料〔例如铸铁、混凝土〕的管道，很可能声波被分散，大局部声波传送不到流体而降低性能。换能器安装处管道衬里或锈蚀层与管壁之间不能有缝隙。用V〔参见图11〕。上游流淌扰动与大局部其他流量仪表一样，USF敏感于流过仪表的流速分布剖面，因此也要求相当长度的上游直管段。前文已对直管段要求作了争论。例如Instromet公司的USF9所示弯管阻断声干扰的措施。7.8经济因素方面的考虑小口径USFUSF到一些限制。然而上有扰动大而直管段布置受限制的场所，多声道系统可能是仅有的合理解决方案。外夹装式便携式USF的机动性和可以多处使用，仪表购置费可分摊给各测量点，从而降低测量本钱。USF的流量校验费用，外夹装式仪表通常不作实流校验，仅作静态调试，液体用仪表可充实液调试；管段式仪表为提高仪表精度，均作实流校验。由于这些校验或调试在出厂前进展，一般包括在价格内。大管径仪表为了提高测量准确度或用户需要在现场考核其准确度，或者测量位置流场畸变严峻必需作实流标定，在测量原位用速度面积法等方法在线校验，则应考虑其校验费用。8.1流量传感器或换能器的安装流量传感器〔即带测量管段的插入式换能器总成〕的安装安装本类流量传感器时管网必需停流，测量点管道必需截断后接入流量传感器。连接流量传感器的管道内径必需与流量传感器一样，其差异应在±1％以内。流量传感器上的传感器尽可能在如图1045度的范围内，避开在垂直直径位置四周安装。否则在测量液体时换能器声波外表易受气体或颗粒影响，在测量气体时受液滴或颗粒影响。测量液体时安装位置必需布满液体。上下游应有必要的直管段。外夹装式换能器的安装。上面2〕、3〕、4〕、5〕各项应同样留意外，还应留意以下各点。剥净安装段内保温层和保护层，并把换能器按装处的壁面打磨干净。避开局部凹陷，凸出物修平，漆锈层磨净。〔见11〕，以获得弯管流场畸变后较接近的平均值。换能器安装处和管壁反射处必需避开接口和焊缝，如图12以V法例如。换能器安装处的管道衬里和垢层不能太厚。衬里、锈层与管壁间不能有间隙。对于锈蚀严峻的管道，可用手锤震击管壁，以震掉壁上的锈层，保证声波正常传播。但必需留意防止击出凹坑。换能器工作面与管壁之间保持有足够的耦合剂，不能有空气和固体颗粒，以保证耦合良好。多普勒法夹装式换能器安装有对称安装和同侧安装两种方法，如图13所示。对称安装适用于中小管径〔通常小于600mm〕管道和含悬浮颗粒或气泡较少的液体；同侧安装适用于各种管径的管道和含悬浮颗粒或气泡较多的液体。故障现象作承受信号有连续噪声大仪表不能正常工作正向流量显示“-“号流量显示变化太大流量显示误差太大

缘由液体中含悬浮固体颗粒较多管道1衬里或结垢较厚2换能器1换能器自身衰减换能器间距不准确安装位置不准确松动或外力而位移与管壁耦合不良转换器未作好增益调整入1设定不对或硬件故障上下游换能器的电缆接反流速不稳定直管段太短引起流淌不稳换能器安装位置不对或滑动与管壁耦合不良流速太小超